陳桂平

中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生猜想能力的策略初探

陳桂平

隨著基礎(chǔ)教育新課程改革的逐步推進(jìn)，科學(xué)探究作為物理課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式，在教學(xué)一線得到了較大的關(guān)注?！镀胀ǜ咧形锢硇抡n程標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)探究包含以下要素：提出問題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與搜集證據(jù)、分析與論證、交流與合作。在日常教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)，上述各個要素中，猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)往往缺失或流于形式，沒有真正發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生猜想能力的作用，針對這一問題，筆者著重探討如何在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力。

牛頓說：“沒有大膽的推測，就沒有偉大的發(fā)現(xiàn)”。但猜想與假設(shè)不是主觀臆斷，不是毫無根據(jù)的胡思亂想，不合理的猜想與假設(shè)不僅沒有發(fā)展成為科學(xué)結(jié)論的可能，對探究過程也沒有意義。那么，在物理教學(xué)中要如何滲透猜想的思想，讓學(xué)生進(jìn)行合理、有效的猜想，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力呢？筆者認(rèn)為可從以下幾方面著手。

一、設(shè)置認(rèn)知沖突激發(fā)猜想

學(xué)生往往會將一些錯誤的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識帶到物理課堂中來，物理教育領(lǐng)域?qū)⑵浞Q為前概念。有效轉(zhuǎn)變學(xué)生前概念的教學(xué)策略是引入與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)矛盾的場景，促使其產(chǎn)生認(rèn)知沖突，并在該過程中誘發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑猜想。

例如，學(xué)生在日常生活中已經(jīng)形成了力是物體運(yùn)動的原因的前概念，他們認(rèn)為外力可以讓物體開始運(yùn)動，而當(dāng)把外力撤走時物體的運(yùn)動將停止下來。針對上述前概念，物理教師在課堂上利用實(shí)驗(yàn)演示在3種不同表面上的小車運(yùn)動狀況，引導(dǎo)學(xué)生觀察3種表面上小車不同的運(yùn)動情況，并發(fā)現(xiàn)斜面越光滑，小車移動得越遠(yuǎn)。這一現(xiàn)象與學(xué)生的前概念是相矛盾的，從而引發(fā)學(xué)生的思維碰撞：為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果和自己的想法不一樣？這是否與小車運(yùn)動的表面有關(guān)？有何關(guān)系？繼而思考：若運(yùn)動的表面絕對光滑，小車又將如何運(yùn)動？從而自然而然地提出猜想：運(yùn)動物體絕對光滑平直的情況下，就會永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動。這種利用認(rèn)知沖突誘發(fā)的猜想，對學(xué)生而言印象將更為深刻。

二、利用類比方法進(jìn)行猜想

康德說過“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時，類比往往能指引我們前進(jìn)”，這指出了類比聯(lián)想的重要價值。當(dāng)面對新現(xiàn)象時，嘗試?yán)闷渌F(xiàn)象進(jìn)行類比，推論新現(xiàn)象在某些方面會出現(xiàn)與已認(rèn)識的現(xiàn)象相似的性質(zhì)或規(guī)律。教學(xué)中，正可以根據(jù)物理量或者物理過程的相似性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比與聯(lián)想，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行猜想，取得“他山之石，可以攻玉”的效果。

例如，在物理教學(xué)中，教師經(jīng)常會將水流和電流進(jìn)行類比，將電場與重力場類比；電勢能和重力勢能相類比，還有磁場和電場、萬有引力定律和庫侖定律、液體浮力和氣體浮力相類比等。教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷上述類比的思維過程，并要求學(xué)生根據(jù)二者的相似性提出相應(yīng)的猜想。例如，依據(jù)聲現(xiàn)象類比光現(xiàn)象，因?yàn)槁曇羰且环N為學(xué)生所熟悉的波，由此可以提出相應(yīng)的猜想：光可能也具有波動性。通過經(jīng)歷這樣一種猜想過程，學(xué)生也學(xué)到類比法這樣一種在科學(xué)研究中十分重要的物理學(xué)方法。

三、立足現(xiàn)象歸納誘發(fā)猜想

歸納法是物理學(xué)方法中十分重要的研究方法之一，利用歸納進(jìn)行猜想，就是針對某一類現(xiàn)象中的一些例子體現(xiàn)出某種性質(zhì)與規(guī)律，進(jìn)而猜測該類現(xiàn)象都可能具有這樣一種性質(zhì)和規(guī)律。新教材中有不少物理概念都是立足于對各類自然現(xiàn)象的觀察，采用歸納猜想的方式得出來的。同時，也要盡可能的充分利用實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)器材、傳感器、掌上移動實(shí)驗(yàn)室、日常生活用品等設(shè)備為學(xué)生提供豐富、直觀的現(xiàn)象，為誘發(fā)合理的猜想奠定思維的素材。

例如，在電磁感應(yīng)的教學(xué)中，幾個實(shí)驗(yàn)分別從導(dǎo)線切割、磁極運(yùn)動、通斷電流、改變電流、增減鐵芯等方法來產(chǎn)生感應(yīng)電流，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察與思考上述各類不同現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生抓住現(xiàn)象背后的共性特征并作出合理猜想。在教師的啟發(fā)下，學(xué)生利用歸納思維對上述大量實(shí)例進(jìn)行積極思維并提出猜想，找出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。采用歸納猜想的教學(xué)方式，有利于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，學(xué)會在日常生活中總結(jié)一般性的規(guī)律并進(jìn)行大膽的猜想。

四、依據(jù)科學(xué)推理促進(jìn)猜想

推理猜想是科學(xué)研究中十分重要的一種猜想方式，不少科學(xué)發(fā)現(xiàn)也是首先通過理論推導(dǎo)提出假設(shè)，而后由實(shí)驗(yàn)證明是正確的，例如伽利略對自由落體規(guī)律的研究、海王星的發(fā)現(xiàn)等。這種猜想方式是立足于已經(jīng)知道的知識和經(jīng)驗(yàn)，針對新現(xiàn)象新研究對象進(jìn)行邏輯上的分析，通過嚴(yán)密的邏輯推理，提出一種假設(shè)性的解釋。

例如,教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生思考，光與聲類似，都具有直線傳播、反射、折射、干涉等規(guī)律，首先猜想：光可能跟聲音一樣，是一種機(jī)械波。而后進(jìn)一步思考：但是聲音在真空中不能傳播，而光在真空中卻能夠傳播，因此，推翻原來認(rèn)為光是一種機(jī)械波的猜想。聯(lián)想到電波在真空中可以傳播，因此得出新的猜想：光可能是一種電磁波。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，經(jīng)歷上述嚴(yán)密的邏輯推理得出新的猜想與假設(shè)，也較好地體現(xiàn)了理論指導(dǎo)的價值。

五、借助物理學(xué)史體悟猜想

上文介紹的幾種關(guān)于猜想的教學(xué)策略，都可以通過師生互動的形式予以開展，除了上述策略外，借助物理學(xué)史上科學(xué)家的猜想過程，同樣能夠給予學(xué)生有益的借鑒與啟發(fā)。物理學(xué)史上，科學(xué)家們也采用了上述提及的各類猜想的方法，除此之外，還采用直覺思維、對稱的美學(xué)思維等進(jìn)行猜測，一一探討如下。

在利用直覺思維進(jìn)行猜想方面，麥克斯韋通過非凡的直覺思維提出了“渦旋電場”的假說，愛因斯坦依賴直覺思維，大膽提出光速不變的假說，還有伽利略的單擺定律等，都是這些偉大的科學(xué)家利用直覺思維進(jìn)行大膽猜想的例證。在教學(xué)中教師利用上述物理學(xué)史中的相關(guān)素材，引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)家利用直覺思維進(jìn)行合理猜想的過程，通過這種替代學(xué)習(xí)方式，滲透利用直覺思維進(jìn)行猜想的思想。

在利用對稱性的美學(xué)思想進(jìn)行猜想方面，狄拉克從對稱的角度考慮，大膽地提出了反物質(zhì)的假說并預(yù)言正電子的存在，法拉第利用對稱的美學(xué)思想從電生磁猜測磁也能生電，等等。通過講述上述物理學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟這種運(yùn)用自然科學(xué)美學(xué)思想提出猜想的思維。

六、結(jié)束語

猜想是一種人類積極認(rèn)識新事物的思維活動，對于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新能力具有重要的意義，是科學(xué)探究中十分重要的環(huán)節(jié)之一。上文探討了幾種在日常物理教學(xué)中提高學(xué)生猜想能力的可行性教學(xué)策略，包括利用認(rèn)知沖突、利用類比聯(lián)系、類比猜想、歸納推理以及利用物理學(xué)史引導(dǎo)學(xué)生體悟科學(xué)家猜想的思維過程等策略。讓學(xué)生親自體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法，經(jīng)歷科學(xué)家所走過的軌跡，從中真切感受到成功的喜悅與研究的快樂，使學(xué)生逐漸形成勇于猜想的良好思維習(xí)慣，并在猜想的過程中樹立正確的情感、態(tài)度和價值觀，真正落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的三維目標(biāo)。

[1] 邢紅軍，陳清梅.論中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)方法教育[J].中學(xué)教育學(xué)刊,2005,8

[2] 馮一兵，李春密.淺談物理學(xué)科自然課程資源的開發(fā)與利用[J].物理教師，2009,4

[3] 項(xiàng)華.論物理教育中數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011,4

[4] 譚琳，李正福，吳繼光.磁通量概念的“探究—建構(gòu)式”教學(xué)初探[J].中學(xué)物理，2011,3

[5] 魏銳，王磊.掌上移動實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)教育中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2008,10

稿件編號：P1105028

陳桂平，本科，中教高級。

福建省惠安第三中學(xué)。